Profa. Thienne Johnson - USP · 2010-05-10 · E. Gamma and R. Helm and R. Johnson and J....

Profa. Thienne Johnson

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E. Gamma and R. Helm and R. Johnson and J. Vlissides. Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software. Addison-Wesley, 1995.◦ Conhecido como GoF (Gang of Four)

◦ Versão em português disponível na biblioteca da EACH. (nome: Padrões de Projeto)

Java Design Patterns At a Glance◦ http://www.javacamp.org/designPattern

Java Design Patterns Resource Center◦ http://www.deitel.com/ResourceCenters/Programming/

JavaDesignPatterns/tabid/1103/Default.aspx

Projetar software para reúso é difícil porquedeve-se procurar por:◦ Uma boa decomposição do problema e a

abstração correta.

◦ Flexibilidade, modularidade e elegância.

Projetos freqüentemente emergem de um processo iterativo (tentativas e muitoserros).

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A boa notícia é que bons projetos existem:◦ na verdade, eles apresentam características

recorrentes,

◦ mas eles quase nunca são idênticos.

Perspectiva de engenharia: os projetospodem ser descritos, codificados oupadronizados?◦ isto iria diminuir a fase de tentativa e erro.

◦ sofwares melhores seriam produzidos maisrápidos.

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Também conhecidos como ◦ Padrões de Desenho de Software OO

◦ ou simplesmente como Padrões.

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A idéia de padrões foi apresentada por Christopher Alexander em 1977 no contexto de Arquitetura (de prédios e cidades):

Cada padrão descreve um problema que ocorrerepetidamente de novo e de novo em nossoambiente, e então descreve a parte central dasolução para aquele problema de uma forma quevocê pode usar esta solução um milhão de vezes,sem nunca implementa-la duas vezes da mesmaforma.

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Muitos. Um site relata ao menos 250 PP. E muito mais são criados a cada dia.

PP não são idiomas, algortimos oucomponentes.

Para criar um sistema, podem ser necessáriosvários padrões.

Diferentes designers podem usar diferentespadrões para resolver o mesmo problema.

Geralmente: ◦ Alguns padrões se ‘encaixam’ naturalmente◦ Um padrão pode levar a outro◦ Alguns padrões são similares e alternativos◦ Padrões podem ser descobertos e documentados◦ Padrões não são métodos ou frameworks ◦ Padrões dão uma dica para resolver um problema de

forma efetiva

Um padrão encerra o conhecimento de umapessoa muito experiente em um determinadoassunto de uma forma que este conhecimentopode ser transmitido para outras pessoas menosexperientes.

Outras ciências (p.ex. química) e engenhariaspossuem catálogos de soluções.

Desde 1995, o desenvolvimento de software passou a ter o seu primeiro catálogo de soluçõespara projeto de software: o livro GoF.

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Passamos a ter um vocabulário comum paraconversar sobre projetos de software.

Soluções que não tinham nome passam a ter nome.

Ao invés de discutirmos um sistema emtermos de pilhas, filas, árvores e listasligadas, passamos a falar de coisas de muitomais alto nível como Fábricas, Fachadas, Observador, Estratégia, etc.

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A maioria dos autores eram entusiastas de Smalltalk, principalmente o Ralph Johnson.

Mas acabaram baseando o livro em C++ para que o impacto junto à comunidade de CC fosse maior. E o impacto foi enorme, o livro vendeu centenas de milhares de cópias.

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Todo padrão inclui

◦ Nome

◦ Problema

◦ Solução

◦ Conseqüências / Forças

Existem outros tipos de padrões mas vamos nos concentrar no GoF.

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1. Nome (inclui número da página)

um bom nome é essencial para que o padrão caiana boca do povo

2. Objetivo / Intenção

3. Também Conhecido Como

4. Motivação

um cenário mostrando o problema e a necessidade da solução

5. Aplicabilidade

como reconhecer as situações nas quais o padrãoé aplicável

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6. Estrutura

uma representação gráfica da estrutura de classes do padrão(usando OMT91) em, às vezes, diagramas de interação(Booch 94)

7. Participantes

as classes e objetos que participam e quais são suasresponsabilidades

8. Colaborações

como os participantes colaboram para exercer as suasresponsabilidades

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9. Conseqüências

vantagens e desvantagens, trade-offs

10.Implementação

com quais detalhes devemos nos preocupar quandoimplementamos o padrão

aspectos específicos de cada linguagem

11.Exemplo de Código

no caso do GoF, em C++ (a maioria) ou Smalltalk

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12.Usos Conhecidos

exemplos de sistemas reais de domíniosdiferentes onde o padrão é utilizado

13.Padrões Relacionados

quais outros padrões devem ser usados emconjunto com esse

quais padrões são similares a este, quais são as dierenças

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Categorias de Padrões do GoF◦ Padrões de Criação

◦ Padrões Estruturais

◦ Padrões Comportamentais

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Processo de criação de Objetos◦ Abstract Factory

◦ Builder

◦ Factory Method

◦ Prototype

◦ Singleton

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Composição de classes ou objetos◦ Adapter

◦ Bridge

◦ Composite

◦ Decorator

◦ Façade

◦ Flyweight

◦ Proxy

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Chain of Responsibility

Command

Interpreter

Iterator

Mediator

Memento

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Observer

State

Strategy

Template Method

Visitor

•Forma na qual classes ou objetos interagem e distribuem

responsabilidades

Escopo

Propósito

Criação Estrutural Comportamental

Classe Factory Method (121) Adapter (157) Interpreter (274)

Template Method (360)

Objeto Abstract Factory (99)

Builder (110)

Prototype (133)

Singleton (144)

Adapter (157)

Bridge (171)

Composite (183)

Decorator (196)

Facade (208)

Flyweight (218)

Proxy (233)

Chain of Responsibility

(251)

Command (263)

Iterator (289)

Mediator (305)

Memento (316)

Observer (326)

State (338)

Strategy (349)

Visitor (366)

•Escopo‘Classe’ negociam relaçionamentos entre classes e sub-classes. Essasrelações são estabelecidas através de herança. Então são estáticas – fixas emtempo de compilação.

•Escopo ‘Objeto’ negociam com relações de objetos, que podem mudar emtempo de execução.

http://mahemoff.com/paper/software/learningGoFPatterns/

Fácil

Intermediário

Avançado

1. Facade (185)

2. Singleton (127)

3. Mediator (273)

4. Iterator (257)

5. Strategy (315)

6. Command (233)

7. Builder (97)

8. State (305)

9. Template Method (325)

10. Factory Method (107)

11. Memento (283)

12. Prototype (117)

1. Proxy (207)

2. Decorator (175)

3. Adapter (139)

4. Bridge (151)

5. Observer (293)

1. Composite (163)

2. Interpreter (243)

3. Chain Of Responsibility (223)

4. Abstract Factory (87)

5. Visitor (331)

• Provê uma interface unificada para um conjunto de interfaces em um subsistema.

• Define uma interface de mais alto nível que torna mais fácil o uso do subsistema.

• Oferece uma interface simples para um subsistema complexo

• Existem muitas dependências entre clientes e as classes de implementação de uma abstração.

•A introdução de um "Façade" irá desacoplar o subsistema dos clientes dos outros subsistemas, promovendo assim, a independência e portabilidade desses subsistemas.

•Quando se deseja subsistemas em camadas.

•Quando se quer definir um ponto de entrada para cada nível do subsistema.

• Se os subsistemas são dependentes, então pode-se simplificar a dependência entre eles fazendo com que eles se comuniquem uns com os outros unicamente através dos seus "Façades“.

Abstract Factory (99)

Mediator (305)

Singletons (144).

AccountService

createAccount(…)

deposit(…)

withdraw(…)

TransactionService

addTransaction(…)

LoanService

applyForLoan(…)

…

Façade

createAccount(…)

deposit(…)

withdraw(…)

addTransaction(…)

applyForLoan(…)

User

public class BankFaçade {private AccountService accountService;private TransactionService transactionService;private LoanService loanService;

public addAccount(Account account) {accountService.addAccount(account);

}public deposit(int accountId, float amount) {

accountService.deposit(accountId, amount);}public withdraw(int accountId, float amount) {

accountService.withdraw(accountId, amount);}public addTransaction(Transaction tx) {

transactionService.addTransaction(tx);}public applyForLoan(Customer cust, LoanDetails loan) {

loanService.apply(cust, loan);}

}

//FORÇApublic class Power {

public void connect() { System.out.println("The power is connected.");

} public void disconnect() {

System.out.println("The power is disconnected."); }

}

// PLACAMÃEpublic class MainBoard {

public void on() { System.out.println("The mainboard is on.");

} public void off() {

System.out.println("The mainboard is off."); }

}

//HDD HardDisk

public class HardDisk { public void run() {

System.out.println("The harddisk is running."); } public void stop() {

System.out.println("The harddisk is stopped."); }

}

// Sistema Operacionalpublic class OperationSystem {

public void startup() { System.out.println("The opertion system is startup.");

} public void shutdown() {

System.out.println("The operation system is shutdown."); }

}

Façade para Test Computer

public class Computer {

private Power power;

private MainBoard board;

private HardDisk disk;

private OperationSystem system;

public Computer(Power power, MainBoard board, HardDisk disk, OperationSystem system) {

this.power = power;

this.board = board;

this.disk = disk;

this.system = system;

}

public void startup() {

this.power.connect();

this.board.on();

this.disk.run();

this.system.startup();

}

public void shutdown() {

this.system.shutdown();

this.disk.stop();

this.board.off();

this.power.disconnect();

}

}

Usando o Façade para ligar e desligar o computador

public class TestComputer {

public static void main(String[] args) {

Power power = new Power();

MainBoard board = new MainBoard();

HardDisk disk = new HardDisk();

OperationSystem system = new OperationSystem();

Computer computer = new Computer(power, board, disk, system);

computer.startup();

computer.shutdown();

}

}

Facades e a Lei de Demeter (‘Não fale com estranhos’)

A figura mostra algumas classes que podemser usadas em um sistema de segurança.

Use o PP Façade para facilitar o acesso diretodo cliente aos elemento.

Garantir que apenas um objeto exista, independente do número de requisições que receber para criá-lo◦ Aplicações◦ Um único banco de dados◦ 1 spooler de impressão◦ Um único acesso ao arquivo de log◦ Um único objeto que representa um vídeo◦ Uma única fachada (Façade)

Objetivo: garantir que uma classe só tenha uma instância

Uma variável global mantém um objetoacessível, mas não impede instanciarmúltiplos objetos

Solução: fazer a própria classe◦ ser responsável por criar somente 1 instância dela

própria.

◦ garantir que nenhuma outra instância seja criada

Participantes◦ Define uma operação getInstance() que permite que

clientes acessem sua instância única

◦ É um método estático (class method)

◦ Pode ser responsável pela criação de sua instância única

Colaborações◦ Clientes acessam a instância apenas através da

operação getInstance() do Singleton

Vários benefícios existem:◦ O Singleton tem controle sobre como e quando clientes

acessam a instância

◦ Apenas a implementação interna do Singleton precisa mudar

◦ Mais flexível que métodos estáticos Embora possa parecer que podemos fazer o equivalente a

um Singleton com métodos estáticos, lembre que isso não permitiria o polimorfismo:

NomeDeClasse.xpto(); // chamada não é polimórfica// ... versus ...Config conf = Config.getInstance();conf.xpto(); // essa chamada é polimórfica

Uma forma é de não permitir chamadas ao construtor

A única instância é uma instância normal de uma classe, mas a classe é escrita de forma que só 1 instância possa ser criada.◦ O construtor é protegido.

◦ O cliente que tenta instanciar o Singleton diretamenteobterá um erro em tempo de compilação.

Esconder a operação de criação de instância atrásde uma operação de classe (usando uma funçãoestática ou método de classe)

Essa operação tem acesso à variável que armazenaa única instância, e garante que a variável é inicializada com a única instância antes de retornaro valor.

Garante que somente 1 instância é criada e inicializadaantes do primeiro uso.

◦ With lazy instantiation, a program refrains from creating certain resources until the resource is first needed -- freeing valuable memory space.

if (instance == null) {instance = new Singleton();

}return instance;

public class Singleton {

private static Singleton instance; // own instance

/* protected to enable controlled subclassing */protected Singleton() {}

public static Singleton getInstance() {

// 'lazy' evaluate instanceif (instance == null) {

instance = new Singleton();}return instance;

}

public void operation() {System.out.println("Singleton.operation() executing" );

}

}

public class SingletonTest {private static SingletonTest referencia;

private SingletonTest() {

// TODO: Código do construtor aqui.}

public static SingletonTest getInstance() {if (referencia == null)

referencia = new SingletonTest();return referencia;

}}

public class Clone {public static void main(String args[]) throws Exception {

SingletonTest teste = SingletonTest.getInstance();SingletonTest clone = (SingletonObject)teste.clone();

}

}

Abstract Factory

Builder

Prototype